核電站蒸汽發生器二次側水壓試驗流程及傳熱管焊接部分滲漏的處理工藝簡介

劉玉濤

（遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧 大連116001）

0 概況

核電站的蒸汽發生器為了保證各壓力邊界在生產運行階段不發生介質滲漏，需在蒸汽發生器就位安裝完畢，各配套管線都完成連接后，對產生蒸汽的一側（簡稱：二次側）進行壓力試驗。同時驗證蒸汽發生器一、二側壓力邊界傳熱管及其密封封口焊的可靠性，確保核反應堆一回路放射性介質不會進入蒸汽回路，若該焊口發生滲漏將制定專項返修方案進行處理。

1 水壓試驗

1.1 水壓試驗裝置及準備

蒸汽發生器二次側水壓試驗裝置主要包括以下設備：電加熱水箱、循環水泵、打壓泵組、蒸汽發生器手孔連接組件、蒸汽發生器頂部排氣和測壓組件、給水管線臨時接口組件、高壓軟管總成、低壓軟管總成、電動調節閥等。水壓試驗裝置投用前壓力穩定容器進行調試，該容器制造材料為0Cr18Ni10Ti，容積為110L，其設計壓力和溫度均滿足水壓試驗裝置調試要求，容器上安裝有法蘭，與手孔連接組件、給水管線臨時接口組件和蒸汽發生器頂部排氣測壓組件的連接法蘭進行配對安裝。框架平臺上相應的管線接口和上述現場連接組件之間通過高壓軟管、低壓軟管進行連接，形成環路。

與蒸汽發生器二次側一同進行水壓試驗的系統有主蒸汽系統、給水流量控制系統、輔助給水系統、蒸汽發生器排污系統和化學試劑注入系統。如圖1所示。

蒸汽發生器二次側水壓試驗技術參數：二次側設計壓力為6.9MPa、二次側水壓試驗壓力為12.8MPa、二次側容積為164.4m3、連接管線容積為30m3、水壓試驗的最低溫度要求為5℃、水壓試驗時蒸汽發生器筒體外表溫度為30～60℃、試驗升降壓速度極限值為0.4MPa/min。

蒸汽發生器二次側水壓試驗前需做好如下所示準備工作：①人員準備，施工人員（起重工、鉗工、質檢員、安全員、現場工作協調員）應經過相關的技術和管理培訓，鉗工和質檢員要具備執行蒸汽發生器二次側水壓試驗檢查的能力；②設備準備，水壓試驗裝置組裝安置好并經調試可隨時投入使用，系統補水裝置可用，各類儀表和檢查工具檢驗合格滿足現場使用要求；③文件準備，水壓試驗程序和質量計劃已發布生效并經QA和QC檢查放行，系統流程圖可用；④系統準備，補水、循環、加熱系統及蒸汽發生器二次側都已連接完畢，各邊界都已實施隔離，系統內清潔滿足水壓試驗要求；水壓試驗流程圖內的止回閥閥芯必須拆除，蒸汽管線支架必須進行固定，蒸汽發生器二次側上的人孔、眼孔和手孔必須已經關閉，蒸汽系統的安全閥必須安裝水壓試驗堵頭，MSIV應用額定氮氣壓力進行打開/關閉操作，MSIV旁路閥門要用手動操作工具鎖定關閉，打開C、I側的排水管線、下游MSIV和給水閥門；在脈沖管線中插入專用塞以代替未安裝的傳感器，所有射線檢測孔塞必須安裝；⑤環境準備，水壓試驗區域和所有可能經過區域都要進行檢查確保安全可靠，比如：走道、平臺、移動梯子，試驗區域應該用警示繩隔離起來。

1.2 水壓試驗步驟

圖1 水壓試驗流程圖

蒸汽發生器二次側水壓試驗步驟為：1）加熱過程，對蒸汽發生器二次側內的水進行循環加熱，使水溫達到50℃左右，當水溫升至50℃時，停止循環泵并隔離加熱系統，并在后續的升壓過程中若溫度過低將重新投用加熱系統。2）升壓過程，檢查水壓試驗管線，使用水壓試驗升壓泵以不大于0.4MPa/min的速度增加系統壓力：①在壓力到達5.8MPa時，保壓至少10min，測量蒸汽發生器上部支撐環上部鍵安裝位置和蒸汽發生器本體外表面之間的間隙，并將間隙測量值根據文件要求進行比對和記錄；②5.8MPa壓力平臺工作結束后，升壓至蒸汽發生器二次側工作壓力6.9MPa的壓力平臺，并保壓120min，保壓期間檢查各管線是否發生跑冒滴漏，確保壓力降在技術要求范圍內，該保壓平臺的主要目的是保證高壓水有足夠的時間從蒸汽發生器傳熱管與蒸汽發生器一二側隔板的脹管部位透過達到傳熱管管口封口焊位置，以檢驗傳熱管管口的封口焊是否會發生滲漏，該部分工作也是保證蒸汽發生器傳熱管封口焊不發生滲漏的最后一道檢驗屏障，因為根據相關文件規定，該處的滲漏將被視為核級設備不可接受；③在6.9MPa的壓力平臺工作完成后，啟動升壓泵，升壓至8.6MPa的壓力平臺，該平臺保壓至少10min，期間要對蒸汽發生器水壓試驗回路進行全面檢查，輕微泄漏只要不影響壓力平臺保持，均可接受；④在8.6MPa的壓力平臺工作完成后，啟動升壓泵，升壓至12.8MPa的最終試驗壓力平臺，該壓力平臺保壓至少30min，在升壓及保壓期間需要加大對各試驗回路的檢查，保證系統壓力可控，與此同時傳熱管管口封口焊檢查點將是該壓力平臺檢查最為關鍵的部位。3）降壓過程，繼續投用升壓泵，通過開啟排水閥門進行卸壓，控制降壓速度不得超過0.4MPa/min，當壓力接近大氣壓時停止升壓泵關閉排水閥。4）試驗結束，在水壓試驗后進行系統排水，拆除試驗裝置并復位系統，使用壓縮空氣清楚蒸汽發生器二次側管板上的殘余水分，及時投入二次側干燥機，確保蒸汽發生器二次側內部不發生銹蝕。

2 水壓試驗結果

蒸汽發生器二次側水壓試驗合格的驗收標準：目檢整個系統無系統破口，無密封法蘭超流量泄漏，單獨裝置的輕微泄漏或只要不影響繼續升壓的有限滲漏情況，均可接受。但有一種滲漏情況較為特殊，就是本文多次提及的蒸汽發生器傳熱管管口封口焊部位的滲漏，雖然傳熱管封口焊部位的滲漏未影響整個水壓試驗進程和整體結果，但作為核一級設備的蒸汽發生器來說，這的缺陷這是不可接受的，若該處發生滲漏則必須進行修復并要進行最高10.2MPa壓力的水壓試驗驗證。

3 傳熱管滲漏成因及處理工藝

蒸汽發生器是按《RCC-M壓水堆核島機械設備設計和建造規則》進行制造，一、二次側的隔離邊界是由550mm厚的隔板（一回路側表面堆焊因科鎳材料）和約4500根傳熱管（因科鎳）組成，其形式是在隔板上加工出約9000個與傳熱管相匹配的管孔，將傳熱管按一定順序插入，并且用脹管機械將傳熱管經過隔板管孔的部分擴張（目的在于使得兩者的間隙減小以防止設備運行期間的回路介質過多沉積），最后將傳熱管管口與隔板表面的因科鎳堆焊層進行熱熔合（見圖2、3），確保邊界徹底隔離。在制造組裝過程中可能會發生傳熱管管口焊接控制不到位，如環境清潔度、焊接表面清理不徹底、焊接金屬熔池熔合波動等等，進而造成焊縫內部存在夾雜、貫穿性氣孔等缺陷。上述缺陷會在如下兩種情況下被遺留下來，一是，這部分缺陷超標（大于φ2mm）而未被射線檢測所覆蓋，因此貫穿性缺陷在水壓試驗時不能承受高壓水，而導致水透過氣孔擊穿外表極薄的氧化膜發生邊界滲漏；二是，存在因缺陷位置關系，貫穿性缺陷在射線檢測時顯現的只是一個缺陷點，并該缺陷點是法規所允許的（小于φ2mm），進而導致不能正確判斷出缺陷類型的可能，使得缺陷被遺留。

圖2 傳熱管管口焊接

圖3 傳熱管焊縫及缺陷示意

上述兩種類型缺陷在某核電站蒸汽發生器就位后的二次側水壓試驗時就都被暴露出來了，在蒸汽發生器發生滲漏后查找并比對制造廠記錄文件及滲漏點結構確認，發現發生滲漏的管口一種是超標缺陷未被射線檢測范圍覆蓋，另一種是雖被射線檢測到但因未超標而未要求處理，并且后者的位置恰好在檢測源與管口延長線上。圖4便是無損檢測未超標的發生滲漏的缺陷，雖然是貫穿性缺陷，但缺陷在檢測顯示下為一個未超標的點投影。

圖4

當蒸汽發生器發生滲漏后需要進行滲漏原因分析 （如上所述缺陷）、制定缺陷返修處理工藝，待處理工藝得到相關部門單位（運營公司、國家核安全監管部門）同意后進行工藝實施。與此同時在蒸汽發生器水壓試驗結束后需立即進行排水、投入干保護裝置以防止內部生銹等工作。蒸汽發生器滲漏缺陷處理流程大致為：1）根據滲漏點缺陷狀況進行滲漏原因分析并制定處理工藝；2）缺陷的排查，針對該滲漏點的焊接人員及焊接設備所焊接的所有焊接位置進行缺陷排查、針對其他焊接位置按6%的范圍進行缺陷排查，同時提高缺陷判定標準至φ1mm，根據排查情況進行缺陷位置確定和缺陷清除，缺陷清除時需要注意保證其他位置的清潔度，缺陷位置要做到清除徹底并圓滑過度無棱角，除此之外還需確認缺陷位置是否發生過2次以上的補焊記錄，若發生過要將情況報告給蒸汽發生器設計方并取得對方的答復意見；3）在確定出所有缺陷后，對缺陷進行統計編制處理計劃，并開始實施缺陷的處理工藝：①對打磨區域進行目視和尺寸檢查及清潔度檢查；②對需要處理管束進行預加熱24小時，排除管束與厚隔板間的水分；③對需焊接區域進行目視和尺寸及清潔度檢查；④進行管束的定位脹并進行目視和尺寸檢查；⑤布置焊接工位；⑥按批準的焊接工藝進行手工氬弧焊接，采取逐層焊接打磨目檢檢查，并在最后蓋面前進行液體滲透和射線檢查以提高焊接質量；⑦焊后的目視、尺寸及液體滲透和射線檢查；⑧對焊接區域進行清潔。

在蒸汽發生器所有缺陷點都返修處理完畢，處理結果得到了監理公司、運營公司確認后，按本文所述水壓試驗流程進行水壓試驗，最高試驗壓力降低到10.2MPa，在10.2MPa壓力平臺之前的壓力平臺檢查和過程控制均同前。若在水壓過程中未再發生傳熱管管口焊縫滲漏問題，則結合兩次的水壓試驗數據，監理公司和運營公司接受蒸汽發生器水壓試驗結果，若仍有管束焊口發生滲漏則仍需按前述處理流程進行，直至無傳熱管管口焊縫滲漏現象。

4 小結

蒸汽發生器水壓試驗過程和傳熱管管口焊滲漏處理工藝并不復雜，但因受國家核安全監管部門對核級設備的監管要求，在發生滲漏后必須在24小時內進行口頭上報，72小時內進行書面報告，并要將問題的根本原因分析、整改措施及缺陷處理工藝上報國家核安全監管部門，在取得對方同意后方可進行后續的處理工作，一系列的工作流程及函件往來都需要時間窗口，這都影響到核電站相關工作的進展，同時也造成了大量資源的投入和消耗，該問題也提醒我們核電站設備制造質量控制也是建造期間重要的環節。

［1］法國核島設備設計、建造及在役檢查規則協會，編.壓水堆核島機械設備設計和建造規則（RCC-M 2000版+2002補遺）[S].中科華核電技術研究院有限公司，譯.上海科學技術文獻出版社，2010，10 ISBN 978-7-5439 4381-0.